[发明专利]石英光纤芯棒的制备方法

说明书

                      技术领域

本发明涉及光纤芯棒的制备，尤其是以低温等离子化学汽相沉积法(即PCVD法)来制造的单模光纤大芯棒，用单根该芯棒制造的预制棒可以总共拉制800公里以上的单模光纤。

                      技术背景

用于制造商用石英光纤芯棒的工艺方法主要为化学汽相沉积法；其中，典型制造工艺方法有如美国专利U.S.Pat.3932162中介绍的OVD(outsidevapor——phase deposition)工艺与VAD(vapor——phase axialdeposition)工艺，中国专利98813827.1中所叙述的PCVD(plasma activechemical vapor-phase deposition)工艺与如美国专利U.S.Pat.4217027中介绍的MCVD(modified chemical vapor-phase deposition)工艺等方法。随着工艺技术水平和设备的制造水平的不断提高，无论是哪种工艺方法都在不断的降低光纤的制造成本。为了有效的降低光纤的制造成本，提高设备的使用效率和制造能力，各个光纤制造商都在最大限度地增大单根光纤芯棒所对应的光纤的拉丝长度。由于光纤制造的核心技术是光纤芯棒的制造技术，而且光纤的质量与光纤的制造成本在很大程度上取决于光纤芯棒的质量与制造成本。因此如何降低光纤芯棒的制造成本一直是大家研究的热门课题。相对于管外法而言，管内法欲制造较大的石英光纤芯棒要困难得多，如何制造大的光纤芯棒对管内法显得尤其重要。管内法制造大芯棒，不仅可以降低其光纤的制造成本，而且管内法制造的芯棒的大小代表着该工艺方法的芯棒制造水平的高低。

石英光纤的制造通常是由以下步骤组成的：光纤芯棒的制造，光纤预制棒的制造，拉丝与涂覆，筛选、测试与包装。根据光纤的制造过程与光纤的波导特性，基于管内法制造的芯棒而制造的裸光纤的剖面大致由以下几部分组成：具有较高折射率的光纤的芯层a，以及具有较芯层折射率要低的光纤的内包层b，光纤的衬管层c和及光纤的外包层d。如图2a与图2b所示。

由光纤的光场分布可知，光几乎集中在光纤的芯层a和光纤的内包层b中。因而对光纤的芯层a和光纤的内包层b的纯度要求很高，其采用的工艺制造方法同其余部分也不一样。对此部分，通常我们要采用芯棒的制造工艺来完成。c是芯棒的外表面与外包层的界面，通常因芯棒的外表面极易被污染。故其杂质含量高，非常靠近光纤的芯层与内包层，在加热的过程中，杂质易通过热扩散，进入内包层和芯层，从而影响芯层与内包层的纯度而会导致光纤的衰减增大；通常要求b/a＞2，c/a＞3。管外沉积工艺较易生产大的芯棒，因其不需采用衬管，且外径的大小可比管内法工艺较易控制，故b/a和c/a可以控制得较大。其一般皆采用管外沉积工艺在芯棒上直接沉积外包层，直接生产大的预制棒，这样可以提高原材料的利用率和设备的生产效率；然后将大的预制棒进行拉伸成正常棒径的预制棒。对管内沉积工艺而言，通常由于管内沉积工艺与设备的限制，在单模光纤芯棒中由管内沉积工艺沉积的部分b值都小于15mm，如美国专利U.S.Pat.6105396中介绍的MCVD工艺制造的大芯棒，其b皆小于15mm。而由单根该芯棒制造的预制棒所拉制的光纤的长度皆小于500km。随着制造工艺与设备的不断完善，正如本发明介绍的一样，以PCVD工艺为代表的管内法也可制造，单根芯棒制造的预制棒所拉制的光纤的长度达800km以上的大芯棒。对于这样大的预制棒，由于预制棒的棒径大，棒径通常大于120mm，若要直接进行拉丝，其难度是非常大。从工艺角度来看，由于要其直接进行拉丝时，存在光纤椭圆度和氢损敏感性的问题，一般是不可行的。U.S.Pat.5837334中介绍了将大的预制件，进行拉伸，使之变成较小的预制件，该预制件的的棒径属正常范围，可用于直接拉丝。但这种方法的一次性投入很大，对于规模不大的生产厂家是不适宜的。